Sticla organica

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă examinată de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită la 9 iulie 2022; verificările necesită 4 modificări .
Polimetil metacrilat

General

Nume sistematic
poli(metil-2-metilpropenoat).
Abrevieri PMMA
Nume tradiționale metacrilat de polimetil, plexiglas, plexiglas, sticla acrilica
Chim. formulă ( C502H8 ) n _ _ _ _
Proprietăți fizice
Densitate 1,19 g/cm³
Clasificare
Reg. numar CAS 9011-14-7
PubChem
Reg. numărul EINECS 618-466-4
InChI   InChI=1S/C5H9O2/c1-4(2)5(6)7-3/h1-3H3PMAMJWJDBDSDHV-UHFFFAOYSA-N
CHEBI 53205
ChemSpider
Datele se bazează pe condiții standard (25 °C, 100 kPa), dacă nu este menționat altfel.
 Fișiere media la Wikimedia Commons

Sticlă organică (plexiglas), sau polimetil metacrilat (PMMA) - rășină acrilică [1] , polimer vinil termoplastic sintetic de metacrilat de metil , plastic termoplastic transparent , cunoscut sub denumirile comerciale Plexiglas , Deglas , Acrylite , Lucite , Perspex , Setacryl , Vikuglas, Evoglas, plexiglas , akrima , novattro , plexima , lymacryl , plazcryl , acrylex , acryllight , acriplast, sticla acrilica , acril , metaplex, vikuglas, evoglas si multe altele.

Poate fi vopsit și colorat [2] .

Istorie

Materialul sub numele de marcă Plexiglas a fost creat în 1928 , patentat în 1933 de Otto Röhm ( germană:  Otto Röhm ) [2] . Din 1933, a început producția sa industrială de către Röhm și Haas ( Darmstadt ) [3] , primele vânzări de produse finite datând din 1936 [2] .

Apariția sticlei organice (la acea vreme numită „plexiglas”) în perioada dintre cele două războaie mondiale a fost cerută de dezvoltarea rapidă a aviației, creșterea continuă a vitezei de zbor a tuturor tipurilor de aeronave și apariția mașinilor cu un cockpit (echipaj). Un element necesar al unor astfel de structuri este copertina cockpitului. Pentru utilizarea în aviația de atunci, sticla organică avea o combinație reușită a proprietăților necesare: transparență optică, rezistență la rupere, adică siguranță pentru pilot, rezistență la apă, insensibilitate la acțiunea benzinei de aviație și a uleiurilor lubrifiante [4] .

În timpul celui de -al Doilea Război Mondial, sticla organică a fost utilizată pe scară largă în construcția copertinei cabinei, a turnulelor de armament defensiv ale aeronavelor grele și a elementelor de geam ale periscoapelor submarine. Cu toate acestea, din cauza inflamabilității foarte ușoare, la prima ocazie în aviație au trecut la alte materiale transparente.

Cu toate acestea, polimerii sunt doar parțial capabili să înlocuiască sticlele de silicat rezistente la căldură cu o rezistență crescută - în aviația modernă, în multe cazuri, acestea sunt aplicabile numai sub formă de compozite . Dezvoltarea aviației moderne presupune zboruri în atmosfera superioară și viteze hipersonice, temperaturi și presiuni ridicate, unde sticla organică nu este deloc aplicabilă. Exemple sunt avioanele care combină calitățile navelor spațiale și aeronavelor: Naveta Spațială și Buran .

Există alternative organice la policarbonatul transparent din sticlă acrilică , clorură de polivinil și polistiren .

Istoria producției în URSS

În URSS, plexiglasul intern - plexiglasul a fost sintetizat în 1936 la Institutul de Cercetare a Materialelor Plastice (Moscova). Astăzi, sticlele organice fluoroacrilat rezistente la căldură sunt folosite ca piese de geam ușoare și fiabile pentru hublourile aeronavelor militare și civile și sunt operate la temperaturi de la -60 la +250 °C [5] .

Compoziție

Sticla organică este un polimer al metacrilatului de metil  , un ester al acidului metacrilic și al metanolului , polimerizat pentru a deschide legătura dublă dintre atomii de carbon. Structura chimică a sticlei polimetil metacrilice standard este aceeași pentru toți producătorii. Pentru a obține un material cu diferite proprietăți specificate: rezistent la impact, împrăștiere a luminii, transmisie a luminii, protector împotriva zgomotului, protector UV , rezistent la căldură și altele, structura acestuia poate fi modificată în procesul de obținere a materialului sau a componentelor. i se adaugă care asigură caracteristicile necesare.

Proprietăți

Aceste materiale organice sunt denumite doar în mod formal sticlă și aparțin unei clase complet diferite de substanțe, așa cum indică chiar numele lor și ceea ce determină în principal limitările proprietăților și, ca urmare, posibilitățile de aplicare, care diferă de sticla anorganică în multe feluri. Sticla organică este capabilă să se apropie de proprietățile majorității tipurilor de sticlă anorganică numai în materiale compozite , dar nu pot fi refractare . Rezistența la medii agresive și la solvenții organici a sticlelor organice este mult mai slabă.

Cu toate acestea, acest material, atunci când proprietățile sale oferă avantaje evidente (excluzând tipurile speciale de sticlă), este folosit ca alternativă la sticla silicată. Diferențele în proprietățile acestor două materiale sunt după cum urmează:

Specificații

Indicatori Plexiglass turnat Extrudare fără protecție UV Extrudare cu protecție UV
Rezistenta la tractiune, MPa (la 23 °C) 70 70
Modulul de tracțiune, MPa 3000 3500
% alungire la tracțiune (la 23°C) patru 5
Punct de înmuiere, °C 95 100 105
Rezistența la impact, kJ/m² (nu mai puțin de) grosimea tablei 2,5—4 mm 9 9 12
Rezistența la impact, kJ/m² (nu mai puțin de) grosimea tablei 5—24 mm 13
Temperatura maximă de funcționare, °С 80 80 80
Temperatura de turnare, °C 150-170 150-155 150-155
Densitate, g/cm³ 1.19 1.19 1.19
Coeficient de transmisie a luminii, % 92 92 92

Avantaje și dezavantaje

Principalele avantaje Defecte

Caracteristici ale plexiglasului extrudat în comparație cu plexiglasul turnat

Rezistență chimică

Plexiglasul este atacat de acizii fluorhidric și cianhidric diluați , precum și de acizii sulfuric , azotic și cromic concentrați . Solvenții de plexiglas sunt hidrocarburi clorurate (dicloretan, cloroform , clorură de metilen ), aldehide , cetone și esteri . Alcoolurile afectează și plexiglasul: metil , etil , propil , butil . O soluție de 10% de alcool etilic nu funcționează pe plexiglas pentru o perioadă scurtă de timp.

Obținerea foilor de plexiglas

Plexiglasul se obține în două moduri: extrudare și turnare. Prin urmare, există două tipuri de plexiglas - extrudat și turnat.

Metoda de producție în sine impune o serie de restricții și determină unele dintre proprietățile plasticului.

Plexiglass extrudat ( extrusion engleză  , extrudare germană  ) este obținut prin extrudarea continuă (extrudarea) a masei topite de PMMA granulat printr-o matriță cu fante, urmată de răcire și tăiere la dimensiunile specificate.

Blocul ( ing.  turnat , termenii „turnat”, „turnat” au devenit și în rusă) se obțin prin turnarea unui monomer - metacrilat de metil între două foi plate de sticlă anorganică și polimerizarea ulterioară a acestuia.

Metode de procesare

Găurire, filetare, frezare și profilare, strunjire, strunjire, piatră ponce[ clarifica ] , șlefuire, lustruire, modelare, formare în vid, ștanțare, trefilare, suflare, îndoire, încălzire, răcire, recoacere, andocare, lipire, sudare, vopsire și placare. Se folosește și metoda de formare la rece.

În ultimii ani, tăierea cu laser PMMA a câștigat o mare popularitate. Laserele cu dioxid de carbon sunt cele mai potrivite pentru aceasta, deoarece lungimea de undă a radiației laser a acestui tip de laser (9,4 - 10,6 μm) cade pe vârful de absorbție al PMMA în regiunea infraroșu. Tăierea obţinută prin prelucrare cu laser este netedă, fără carbonizare. Când tăiați cu laser PMMA incolor, nu există nicio schimbare de culoare pe tăiere. PMMA colorat poate schimba culoarea secțiunii în unele cazuri.

Aplicație

Hublourile aeronavelor și elicopterelor din generația anterioară sunt vitrate cu materiale monostrat sau multistrat (compozit) pe bază de sticle organice și silicate ( triplex ).

Multe produse realizate din acești polimeri pot fi înlocuite cu produse din sticlă silicată, dar plexiglasul este mult mai ușor de prelucrat și format și are, de asemenea, o densitate mai mică . Acest lucru determină avantajul său pentru fabricarea diferitelor detalii interioare, semne, articole promoționale și acvarii . În mod obișnuit , sticlele anorganice sunt utilizate pentru fabricarea comunicațiilor cu fibră optică - sticlă de cuarț și sticlă pe bază de dioxid de germaniu . Ochelarii anorganici, în ciuda prețului ieftin al materialului, sunt mai scumpi decât cei din plastic datorită complexității producției și costului ridicat al echipamentelor de înaltă tehnologie pentru producția lor. Ochelarii organici sunt mai ieftini, dar mai prost din punct de vedere al transparenței, prin urmare, în aplicațiile necritice în liniile de informații optice de lungime scurtă, fibra optică polimerică este utilizată pe scară largă.

PMMA și-a găsit o largă aplicație în oftalmologie : de câteva decenii, din el au fost fabricate lentile de contact rigide etanșe la gaz și lentile intraoculare rigide (IOL), care în prezent sunt implantate în lume până la câteva milioane de bucăți pe an. Lentilele intraoculare (adică intraoculare) sunt cunoscute ca lentile artificiale și înlocuiesc cristalinul ochiului, tulbure ca urmare a modificărilor legate de vârstă și a altor cauze care duc la cataractă .

Ochelari organici ca materiale biocompatibile. Tocmai datorită calităților precum plasticitatea, biocompatibilitatea a făcut posibilă înlocuirea ochelarilor anorganici (de exemplu, în lentilele de contact ) în oftalmologie. La sfârșitul anilor 1990, au fost create lentile de hidrogel siliconic , care, datorită combinației de proprietăți hidrofile și permeabilitate ridicată la oxigen, pot fi folosite continuu timp de 30 de zile fără a fi îndepărtate din ochi [7] . Dar acestea nu sunt ochelari organici acrilici, ci un material optic polimeric cu propriile sale caracteristici.

Aplicații: echipamente de iluminat (plafonduri, compartimentări, ecrane frontale, difuzoare), publicitate exterioară (ochelari frontale pentru cutii, litere luminoase, produse tridimensionale turnate), echipamente comerciale (standuri, vitrine, etichete de preț), instalații sanitare (echipamente pentru baie), constructii si arhitectura (vitrare deschideri, compartimentari, domuri, ring de dans, produse modelate tridimensionale, acvarii), transport (vitrare aeronave, ambarcatiuni, carene), instrumentatie (cadrane, vizoare, carcase, piese dielectrice, containere).

PMMA este utilizat în micro- și nanoelectronică . În special, PMMA și-a găsit aplicație ca rezistență pozitivă la electroni în litografia cu fascicul de electroni . O soluție de PMMA într-un solvent organic este aplicată pe o placă de siliciu sau pe alt substrat. Folosind o centrifugă , se formează o peliculă subțire, după care modelul necesar este creat cu un fascicul de electroni focalizat , de exemplu, într-un microscop electronic cu scanare (SEM). În zonele expuse ale filmului PMMA, legăturile intermoleculare sunt rupte, ca urmare, se formează o imagine latentă în film. Cu ajutorul unui solvent de dezvoltare, zonele expuse sunt spălate. Pe lângă fasciculul de electroni, stratul de PMMA poate fi modelat prin iradiere ultravioletă și cu raze X. Avantajul PMMA în comparație cu alte rezistențe este că poate fi folosit pentru a obține modele cu rezoluție nanometrică. Suprafața netedă a PMMA poate fi structurată prin tratare în plasmă cu oxigen de înaltă frecvență, iar suprafața structurată a PMMA poate fi netezită prin iradiere cu ultraviolete în vid ( VUV ) [8] [9] [10] .

Este folosit ca material pentru realizarea imitațiilor de chihlimbar [2] .

Turism sportiv

Bucățile lungi și înguste de plexiglas (30-50 × 5-9 cm) nu se umezesc, sunt ușor de incendiat și dau o flacără strălucitoare, rezistentă la vânt, datorită căreia plexiglasul tăiat este adesea folosit în turismul sportiv , în excursii de camping pentru a face focuri și, în zilele întunecate, pentru iluminatul local.

Instrumente muzicale

Plexiglasul este utilizat în producția de carcase de tobe (DW Design Acryl ShellSet, Tama Mirage). Aceste seturi de tobe arată foarte impresionant pe scenă. Cu toate acestea, tobele acrilice sună mai rău decât tobele din lemn (din cauza calităților lor de rezonanță) și, în general, nu sunt folosite în înregistrările de studio.

Izolarea zgomotului și reflectarea sunetului

Sticla organică reflectă sunetul în ecrane transparente de izolare fonică, în bariere de izolare fonică de pe autostrăzi, poduri, treceri de pietoni, treceri de cale ferată, în sate, pentru izolarea fonică a clădirilor și așa mai departe.

De exemplu, valoarea izolației fonice PLEXIGLAS SOUNDSTOP cu o grosime de 12 mm este normalizată - 32 dB; 15 mm grosime - 34 dB; 20 mm grosime - 36 dB; 25 mm grosime - 38 dB.

Tipuri de plexiglas și utilizări ale acestora

Plexiglass transparent

O foaie incolora cu o transmisie a luminii de 92-93% (la 3 mm grosime), cu suprafete netede, caracterizata printr-un luciu ridicat pe ambele fete. Are o transparență ridicată, nu distorsionează scenele translucide. Aplicare: geamuri ale clădirilor și structurilor (externe și interne), vitrine, panouri transparente și geamuri de protecție a dispozitivelor și mecanismelor.

Plexiglass colorat transparent

Plexiglass transparent colorat uniform în masă. Cele mai populare foi colorate sunt nuanțele de gri (fumuri), albastru și maro (sub bronz). Foile pot fi vopsite în orice culoare cu diferite grade de saturație, rămânând în același timp transparente și fără a distorsiona imaginea.

Aplicare: vitrare autovehicule , in echipamente medicale, in compartimentari, in structuri de inchidere, cupole, copertine, atriumuri , felinare, sere , sere , solarii , elemente de mobilier, blaturi, rafturi, echipamente comerciale si expozitionale, standuri, suporturi, "buzunare" standuri de informare, structuri demonstrative, machete, produse publicitare exterioare si interioare, suveniruri, numere, etichete, diverse produse termoformate, vitraj fotografii, tablouri si standuri, acvarii , detalii interioare, pardoseli transparente, scari, balustrade si asa mai departe. Inregistrare expozitii, spectacole, concerte, studiouri de televiziune.

Plexiglass ondulat transparent

Plexiglass transparent, incolor și colorat, cu o suprafață ondulată pe o parte a foii, cealaltă față este de obicei netedă. Are împrăștiere a luminii datorită refracției luminii în direcții diferite, menținând în același timp o transparență ridicată. În spatele unor astfel de ochelari, obiectele și imaginile capătă contururi neclare. Tipurile de ondulare au denumiri independente, tipuri clasice de ondulare: „gheață ciobită”, ondulare mică și mare „prismatică”, „fagure”, „valuri mici”, „picătură”. Tipuri rare de ondulare: „curv”, „înțepătură”, „pătrate”, „piramide”, „catifea”, „piele”. Caracteristici: transparență, refracția luminii, ascunderea parțială a imaginii în spatele foii, efect decorativ.

Aplicatie: geamuri cabine de dus, paravane de cada, geamuri usi interioare, geamuri despartitori, mobilier, elemente de design, difuzoare de lampi, tavane false cu iluminat interior, elemente decorative de interior.

Plexiglass alb mat

Foaie albă care difuzează lumina cu transmisie a luminii de la 20 (opac exterior) la 70% (translucid) cu o suprafață netedă și lucioasă pe ambele părți. Difuzare uniformă a luminii, ascunderea completă a imaginii în spatele foii (când este iluminată pe cealaltă parte, se formează un ecran de lumină).

Plexiglass matuit colorat

Foaie de difuzie a luminii de o anumita culoare (indicand culoarea conform standardului RAL , Pantone sau catalogul producatorului) cu diferite grade de transmisie a luminii, suprafata lucioasa. Se caracterizează prin împrăștiere uniformă a luminii, ascunderea completă a imaginii în spatele foii (când este iluminată, se formează un ecran de lumină).

Aplicatii: difuzoare de iluminat, tavane false luminoase, podiumuri , pardoseli iluminate interior, panouri luminoase comerciale si publicitare (asa numitele casete luminoase) cu aplicare de folii autoadezive, laminare foto, serigrafie , casete luminoase rutiere , stalpi , indicatoare de public instituții, parcări, litere tridimensionale, modele de produse reclame cu iluminare internă, casete luminoase miniaturale care indică străzi (numerele casei), folosind tehnologia de imprimare pe materiale plastice, echipamente medicale, dispozitive etc.

Plexiglass ondulat alb mat și colorat

Plexiglass alb (sau colorat) cu diferite grade de transmisie a luminii, ondulat pe o parte a foii, cealalta fata este neteda. Difuzarea neuniformă a luminii, ascunderea completă a imaginii în spatele geamului. Are cele mai limitate domenii de aplicare: difuzoare de lampi pentru lămpi fluorescente, elemente decorative de interior cu iluminare interioară.

Depozitare si transport

Vezi și

Note

  1. Matushevskaya A., 2013 , p. cincisprezece.
  2. 1 2 3 4 Wagner-Vysetskaya E., 2013 , p. 32.
  3. Numele modern al companiei este Evonik Industries
  4. Karl Anders și Hans Eichelbaum Wörterbuch des Flugwesens. Verlag von Quelle și Meyer. Leipzig, 1937, S. 266-267.
  5. Beider E. Ya. și colab. Experiență în utilizarea materialelor fluoropolimer în aviație  // Jurnalul Societății Chimice Ruse. D. I. Mendeleev. - 2008. - T. LII , nr. 3 . - S. 30-44 .
  6. Compoziția METACRALAT DE POLIMETIL (LUCIT, PERSPEX, PLEXIGLAS  ) . NIST. Preluat la 30 ianuarie 2018. Arhivat din original la 20 ianuarie 2017.
  7. Material nou pentru lentile de contact ale filialei din Sankt Petersburg a Institutului de Cataliză. G. K. Boreskova SB RAS - Science in Siberia Nr. 5 (2491) 4 februarie 2005 . Data accesului: 22 ianuarie 2009. Arhivat din original la 20 ianuarie 2009.
  8. Fotolitografia cu polimetil metacrilat (PMMA)
  9. O comparație a litografiei cu fascicul de electroni rezistă PMMA și ZEP520A . Preluat la 10 aprilie 2018. Arhivat din original la 19 august 2019.
  10. Fundamentals of Electron Beam Exposure and Development Arhivat 29 mai 2015 la Wayback Machine 2.1.2 EBL resists
  11. 1 2 3 GOST 10667-90. Foaie organică de sticlă. Specificații

Literatură